JP6232176B2 - 電動モータ - Google Patents

Description

本発明は、絶縁抵抗の低下を防止できる電動モータに関するものである。

ブラシ付きの電動モータは、永久磁石を固定したヨーク（ケース）内に、ベアリングを介して回転可能に支持されたロータを有し、ロータに備えた整流子にブラシから電流を与えることによりロータを回転させるものである。

このような電動モータでは、ロータの回転に伴ってブラシが整流子により磨耗して磨耗粉を発生させ、この磨耗粉が電動モータ内に蓄積する。磨耗粉は導電性があるため、これがブラシや整流子の周囲に付着すると、ロータのシャフトを支持するベアリングとブラシや整流子との間の絶縁抵抗が低下するという問題が生じうる。

このような問題に対して、整流子と転がり軸受（ベアリング）との間に前記整流子の外径より小で前記回転子軸の外径より大なる部材を設けたモータが知られている（特許文献１参照）。

特開平０９−２００９９６号公報

特許文献１の従来技術は、部材によりブラシと整流子との摺動により発生する磨耗粉がベアリング室等へ侵入することを防止して、ブラシ又は整流子とロータとの間の絶縁性を確保している。

ところで、従来、永久磁石の表面には絶縁処理はされていなかった。そのため、ブラシが整流子により磨耗し、この磨耗粉が電動モータ内に蓄積すると、ブラシと永久磁石との間に磨耗粉による導通経路が形成され、ブラシと永久磁石との間の絶縁抵抗が低下してしまうという問題があった。

本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであって、ブラシの磨耗粉により絶縁抵抗が低下することを防止できる電動モータを提供することを目的とする。

本発明は、金属製のヨークと、ヨーク内に固定される永久磁石と、整流子を有しヨーク内で回転可能に支持されるロータと、を備え、整流子に摺接するブラシから電力が供給されることによってロータを回転させる電動モータであって、ヨークには、ブラシと永久磁石との間に介在し、ヨークの内周から内側へと延設される仕切部材が備えられ、仕切部材は、非導電性の樹脂部材で構成され、仕切部材は、ヨークの内周から径方向内側へと延設された平板状の円板部からブラシ側へと起立する複数のフランジ部と、フランジ部とフランジ部との間に形成され、ブラシ側に開口する凹部と、を有することを特徴とする。

本発明は、仕切部材がブラシと永久磁石との間に介在することによって、ブラシから発生する磨耗粉が永久磁石側に飛散することを防止してブラシと永久磁石との間の絶縁抵抗が低下することを防止できる。また、仕切部材によりブラシと永久磁石との間の沿面距離を長くしたので、ブラシの磨耗粉がヨーク内部に蓄積したとしても、ブラシと永久磁石との間の絶縁抵抗が低下することを防止できる。

本発明の実施形態の電動モータの断面図である。 本発明の実施形態の電動モータの分解斜視図である。 本発明の実施形態の仕切部材の斜視図である。 本発明の実施形態のブラケット及び仕切部材の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態における沿面距離と絶縁抵抗との関係を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態の電動モータ１の回転軸方向の断面図である。

本実施形態の電動モータ１は、円筒形状であって一方の端部が開口された有底形状を成す金属性のヨーク１０と、このヨーク１０の内部で回転可能に支持されるロータ２０とを備える。ヨーク１０は、電動モータ１のケースを構成する。

ヨーク１０の内周面には、永久磁石１１が装着される。ヨーク１０の開口部分には、樹脂等の絶縁性素材で形成されたブラケット１２が装着される。

ロータ２０は、ロータシャフト２１と、ロータシャフト２１に固定される整流子２２と、ロータコア２３とを備える。ロータコア２３は、薄板状の電磁鋼板が回転軸方向に積層されて構成される。ロータコア２３には巻線２４が巻回されている。ロータシャフト２１は、ヨーク１０の底部側に固定されるベアリング１３とブラケット１２に固定されるベアリング１４とを介して、ヨーク１０に対して回転可能に支持される。

整流子２２の外周側には、複数の電極２２ａが固定される。電極２２ａには、それぞれ巻線２４が接続される。電動モータ１には、ブラケット１２に装着されるブラシ１５と整流子２２の電極２２ａとが摺接しており、ブラシ１５を介して巻線２４に電流が供給される。これにより、巻線２４に電流が流れ、ロータコア２３に発生する磁力と永久磁石１１の磁力との反発力が回転方向に働いて、ロータ２０が回転駆動される。

ブラシ１５は、ブラケット１２に形成されたブラシホルダ３１に支持される。ブラシ１５は、ブラシホルダ３１に内装されたバネ３２により整流子２２側に押し付けられて電極２２ａに摺接する。図示しない電源からの電流はハーネス３３、リードプレート３４、銅編み線３５を介してブラシ１５に供給され、ブラシ１５に摺接する整流子２２の電極２２ａを介して巻線２４に供給される。ブラシ１５は、一般に、カーボン又はカーボンと銅とを主成分とする導電性材料により形成される。なお、ブラシ１５の数や整流子２２の電極２２ａの極数は、電動モータ１の特性や性能に応じて適宜設定される。

ブラケット１２は、例えば樹脂により形成される。ブラケット１２には、ブラシホルダ３１と、ベアリング１４のアウターレース（外輪）４１が嵌合するベアリング取付部１２ａと、が形成される。ロータシャフト２１の外周面には、ベアリング１４のインナレース（内輪）４２が嵌合されており、ロータシャフト２１の先端部はブラケット１２の軸穴を介して外部に突出している。

ヨーク１０の内周面には、セグメント形状の一対の永久磁石１１（１１ａ、１１ｂ）が互いに向かい合って装着される。永久磁石１１は、磁石ホルダ５０に装着された状態でヨーク１０の内部に圧入固定される。永久磁石１１は、例えばフェライト磁石により構成される。

また、ヨーク１０の内部には、ブラシ１５と永久磁石１１との間に仕切部材６０が配置される。仕切部材６０は、後述するように、ブラシ１５の磨耗粉により絶縁抵抗が低下することを防止する。

仕切部材６０は、外周側が磁石ホルダ５０とブラケット１２との間に挟持されるように構成される。仕切部材６０は、ヨーク１０の内周面から径方向内側に向かって延設される円板部６５と、この円板部６５の表面からブラシ１５側に向かって起立するように突設される複数の円環状のフランジ部（６１、６２，６３、６４）とを有する。なお、仕切部材６０には、磁石ホルダ５０からブラケット１２側に向かって延長される延長部５２ａ、５２ｂが挿入される。

次に、電動モータ１の構成を、図２を参照して説明する。

図２は、本発明の実施形態の電動モータ１の分解斜視図である。

ヨーク１０の内部には、磁石ホルダ５０に装着された永久磁石１１ａ、１１ｂと、ロータ２０と、仕切部材６０とが備えられる。ヨーク１０の開口部分はブラケット１２により塞がれる。

磁石ホルダ５０の外形は、ヨーク１０の内周面に沿うような円筒形状を有する。磁石ホルダ５０の側壁部には、セグメント形状の永久磁石１１ａ、１１ｂが装着される一組の窓状の磁石装着部５１（５１ａ、５１ｂ）が形成されている。磁石装着部５１ａ、５１ｂに一組の永久磁石１１ａ、１１ｂが装着されることで、永久磁石１１ａ、１１ｂが、磁石ホルダ５０に固定される。

永久磁石１１ａ、１１ｂは、それぞれ、略同一のセグメント形状（Ｃ形状）を有している。永久磁石１１ａ、１１ｂの外周側（セグメント形状の膨出側）の曲面は、ヨーク１０の内周面に沿うような形状を有している。

このような構造により、磁石ホルダ５０に一組の永久磁石１１ａ、１１ｂを装着したときに、この磁石ホルダ５０の外周面の形状が、ヨーク１０の内周面の形状と略一致する。磁石ホルダ５０がヨーク１０の内部に圧入されることによって、磁石ホルダ５０がヨーク１０の内部に固定される。

本実施形態の電動モータ１は、次のような手順によって組立てられる。

まず、磁石ホルダ５０の磁石装着部５１ａ、５１ｂのそれぞれに、永久磁石１１ａ、１１ｂを装着する。そして、永久磁石１１ａ、１１ｂが装着された磁石ホルダ５０がヨーク１０の内部に挿入される。磁石ホルダ５０は、その底部がヨーク１０の底部に突き当たるまで挿入される。

ヨーク１０の内部に永久磁石１１を装着した磁石ホルダ５０が圧入されることにより、ヨーク１０の内周面に永久磁石１１の外周面が密着する。このような構成により、一組の永久磁石１１ａ、１１ｂの磁力がヨーク１０により結合される。なお、磁石ホルダ５０とヨーク１０との間に、予め接着剤を塗布しておいてもよい。

次に、予めベアリング１３が装着されたロータ２０を、ヨーク１０の内部に挿入する。ベアリング１３は、磁石ホルダ５０の底部のベアリング取付部５０ａ（図１参照）に装着される。

次に、仕切部材６０及びブラケット１２を、ヨーク１０に装着する。

ロータ２０の整流子２２が仕切部材６０の開口部６８を挿通するように、仕切部材６０がヨーク１０の内部に配置される。このとき、磁石ホルダ５０からブラケット１２側に向かって延長される延長部５２ａ、５２ｂが、仕切部材６０の切欠部６６ｂ、６６ｃに挿入される。

次に、リードプレート３４、銅編み線３５、ブラシ１５、ベアリング１４等が予め装着されたブラケット１２を、ヨーク１０の開口部に装着する。このとき、図４で後述するように、ブラケット１２に形成されている突設部１８が仕切部材６０の切欠部６６に係合する。その後、ブラケット１２とヨーク１０とを、例えばボルト及びナットによって固定する。

ここで、従来の電動モータ１は、次のような問題点が発生していた。

電動モータ１が回転するときに整流子２２の電極２２ａとブラシ１５とが摺接するので、電極２２ａよりも軟質の材質であるブラシ１５が磨耗する。ブラシ１５の磨耗によって発生する磨耗粉は、ヨーク１０の内部に蓄積される。

ブラシ１５の磨耗粉は導電性を有するので、ヨーク１０内に蓄積したブラシ１５の磨耗粉によりブラシ１５又は整流子２２と永久磁石１５との間に電気の導通経路が発生し、ブラシ１５又は整流子２２と永久磁石１５との間の絶縁抵抗が低下する虞がある。

そこで、本発明の実施形態では、ブラシ１５の磨耗粉により絶縁抵抗が低下することを防止するために、ヨーク１０の内側に仕切部材６０を設けた。

仕切部材６０は、ヨーク１０の内部で、ブラケット１２と磁石ホルダ５０との間に配置される。仕切部材６０は、ヨーク１０の内部で、ブラシ１５及び整流子２２と、永久磁石１１及びロータコア２３を仕切る構成となっている。

仕切部材６０がブラシ１５と永久磁石１１との間に介在することによって、ブラシ１５から発生する磨耗粉が永久磁石１１側に飛散して永久磁石１１側に付着することが抑制される。また、ブラシ１５と永久磁石１１との間の沿面距離が長くなり、ブラシ１５と永久磁石１１との間の絶縁抵抗が低下することが防止されきる。

図３は、本発明の実施形態の仕切部材６０の斜視図である。

仕切部材６０は、非導電性の樹脂材料で構成され円板形状の部材である。

仕切部材６０には、板状で中央部に開口部６８を有する円板部６５と、この円板部６５から起立するように突設される複数の円環状のフランジ部６１、６２、６３、６４とが備えられる。

円板部６５の外周面は、略円形のヨーク１０の内周面に対応する円周形状に形成されている。円板部６５の中央部には、ロータ２０の整流子２２を挿通させるために開口部６８が形成されている。

円板部６５の周囲には、ブラケット１２から突設する突設部１８と係合する複数の切欠部６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄが形成されている。

また、各フランジ部６１、６２、６３、６４には、周方向の二ヶ所に起立が低く形成されたフランジ切欠部６７ａ、６７ｂが形成されている。これらフランジ切欠部６７ａ、６７ｂは、仕切部材６０がブラケット１２のブラシ１５に干渉しないための逃げ構造を構成している。

図４は、本発明の実施形態のブラケット１２及び仕切部材６０の構成を示す斜視図であり、電動モータ１の側方からの透視斜視図である。なお、図４において、ヨーク１０及び磁石ホルダ５０は省略されている。

図４では、ヨーク１０の内部において、ブラケット１２と仕切部材６０とが係合している様子を示す。

ブラケット１２には、仕切部材６０の切欠部６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄと対応する位置に、磁石ホルダ５０側に突設する突設部１８が四ヶ所形成されている。突設部１８は、一つの切り欠き部に対して二つ設けられている。図４では、仕切部材６０の二ヶ所の切欠部６６ａ、６６ｂと、この二ヶ所の切り欠き部に係合する四つの突設部１８ａ、１８ｂの組及び１８ｃ、１８ｄの組のみが示されている。

ヨーク１０の内部に仕切部材６０が固定されるときに、突設部１８ａ、１８ｂが切欠部６６ａに係合し、突設部１８ｃ、１８ｄが切欠部６６ｂに係合する。これにより、仕切部材６０がブラケット１２に対して周方向に固定される。

なお、ブラケット１２の突設部１８は、磁石ホルダ５０からブラケット１２側に向かって延長される延長部５２ａ、５２ｂ（図２参照）と嵌合する。突設部１８は、ブラケット１２の周方向に四ヶ所設けられており、そのうちの対角の二ヶ所の突起部１８が延長部５２ａ、５２ｂに嵌合する構造となっている。図４において、突設部１８のうちの二ヶ所のみが示されており、そのうちの一ヶ所の突設部１８ａと突起部１８ｂとの間には、磁石ホルダ５０の延長部５２ａが嵌合する構造となっている。

このように、磁石ホルダ５０の延長部５２が、仕切部材６０の切欠部６６を介してブラケット１２の突設部１８の間を貫通することにより、磁石ホルダ５０、ブラケット１２及び仕切部材６０が、互いにヨーク１０の内部で固定される。

また、仕切部材６０は、複数のフランジ部６１、６２、６３、６４が形成されることによりその形状がいわゆるラビリンス構造となっている。

具体的には、仕切部材６０の回転軸方向断面には、図１に示すように、ヨーク１０の内壁からロータ２０のロータシャフト２１側へと延設される円板部６５と、円板部６５からブラシ１５側に起立するフランジ部６１と、フランジ部６１とフランジ部６２との間に形成される凹部６０ａと、円板部６５からブラシ１５側に起立するフランジ部６２と、フランジ部６２とフランジ部６３との間に形成される凹部６０ｂと、円板部６５からブラシ１５側に起立するフランジ部６３と、フランジ部６３とフランジ部６４との間に形成される凹部６０ｃと、円板部６５からブラシ１５側に起立するフランジ部６４と、が形成されている。

このように、仕切部材６０は、複数の折り返し構造を有するラビリンス構造を有することにより、ブラシ１５と永久磁石１１との間の沿面距離は、仕切部材６０が存在しない場合と比較して長くすることができる。

図５は、本発明の実施形態における沿面距離と絶縁抵抗との関係を示す説明図である。図５は、ブラシ１５の磨耗粉が付着した仕切部材６０における沿面距離と絶縁抵抗との関係を示す実験結果のグラフである。

ブラシ１５の磨耗粉がヨーク１０の内部に付着するとブラシ１５と永久磁石１１との間の絶縁抵抗が低下する。一方で、仕切部材６０を設けて沿面距離を長くした場合は、沿面距離に応じて絶縁抵抗が大きくなる。

図５に示す実験結果では、沿面距離が短い場合（例えば１０ｍｍ付近）では、絶縁抵抗が小さくなる（１０ＭΩ程度）。一方、沿面距離が長い場合（例えば５０ｍｍ付近）では、絶縁抵抗を大きくする（５０００ＭΩ程度）ことができる。

従って、仕切部材６０の構造によってブラシ１５と永久磁石１１との間の沿面距離を長くすることができれば、ヨーク１０の内部にブラシ１５の磨耗粉が蓄積した場合にも、ブラシ１５と永久磁石１１との間の絶縁抵抗が低下することを防止することができる。

以上のように、本発明の実施形態の電動モータ１は、ヨーク１０と、ヨーク１０に固定される永久磁石１１と、ヨーク１０内で回転可能に支持されるロータ２０と、を備えるブラシ付電動モータである。このヨーク１０には、ブラシ１５と永久磁石１１との間に固定され、ヨーク１０の内周から径方向内側に延設される円板部６５と、円板部６５からブラシ１５側に起立するフランジ部６１、６２、６３、６４と、が形成されている仕切部材６０が備えられている。

このように、仕切部材６０がブラシ１５と永久磁石１１との間に介在することによって、ブラシ１５から発生する磨耗粉が永久磁石１１側に飛散してヨーク１０の内部や永久磁石１１の周囲に付着することを防止するので、ブラシ１５と永久磁石１１との間の絶縁抵抗が低下することを防止できる。

またさらに、仕切部材６０には、円板部６５からブラシ１５側に起立するフランジ部６１、６２、６３、６４が備えられているので、ブラシ１５の磨耗粉が仕切部材６０の表面やヨーク１０の内部に付着したとしても、ブラシ１５と永久磁石１１との間の沿面距離を長くすることができ、ブラシ１５と永久磁石１１との間の絶縁抵抗が低下することを防止できる。

このような構成によって、ブラシ１５又は整流子２２とケース１０との間の絶縁抵抗が低下することを防止できる。

また、仕切部材６０には、同心円状に複数のフランジ部６１、６２、６３、６４が形成されているので、これらフランジ部の間の凹部６０ａ、６０ｂ、６０ｃで磨耗粉を受け止めることにより磨耗粉が永久磁石１１側に飛散して永久磁石１１側に付着することが防止できる。さらに、複数のフランジ部６１、６２、６３、６４によってブラシ１５と永久磁石１１との間の沿面距離を長くすることができ、ブラシ１５と永久磁石１１との間の絶縁抵抗が低下することを防止できる。

また、仕切部材６０は、ブラケット１２と磁石ホルダ５０との間に挟持されて、仕切部材６０が回転軸方向に固定される。また、仕切部材６０の周方向に形成された切欠部６６とブラケットから突設する突設部１８とによって、仕切部材６０が周方向に固定される。このように、少ない構成によって、仕切部材６０を確実にヨーク１０内に固定することができる。

また、仕切部材６０の切り欠き部６７ａ、６７ｂの開口部が、ブラシ１５に隣接することで、ブラシ１５の磨耗粉が仕切部材６０のフランジ部６１、６２、６３、６４の間に入りやすくなり、この間に蓄積されるので、ヨーク１０の内部に磨耗粉が散逸することを抑制することができる。

なお、本発明の実施形態では、仕切部材６０に４つのフランジ部６１、６２、６３、６４を備える例を示したが、これに限られるものではない。図５に示すような実験結果を勘案して、ブラシ１５と永久磁石１１との間の絶縁抵抗を所望の値となるように沿面距離を設定して、仕切部材６０の構造を、この沿面距離に対応させればよい。

なお、本発明の実施形態では、電動モータ１を例として説明したが、これに限らず、発電機等の回転電機にも適用することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１ 電動モータ
１０ ヨーク
１１ 永久磁石
１２ ブラケット
１５ ブラシ
１８ 突設部
２０ ロータ
２２ 整流子
２２ａ 電極
５０ 磁石ホルダ
６０ 仕切部材
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 凹部
６１ 第１のフランジ部
６２ 第２のフランジ部
６３ 第３のフランジ部
６４ 第４のフランジ部
６５ 円板部
６６ 切欠部

Claims (5)

1. 金属製のヨークと、前記ヨーク内に固定される永久磁石と、整流子を有し、前記ヨーク内で回転可能に支持されるロータと、を備え、前記整流子に摺接するブラシから電力が供給されることによって前記ロータを回転させる電動モータであって、
   前記ヨークには、前記ブラシと前記永久磁石との間に介在し、前記ヨークの内周から内側へと延設される仕切部材が備えられ、
   前記仕切部材は、非導電性の樹脂部材で構成され、
   前記仕切部材は、前記ヨークの内周から径方向内側へと延設された平板状の円板部から前記ブラシ側へと起立する複数のフランジ部と、前記フランジ部と前記フランジ部との間に形成され、前記ブラシ側に開口する凹部と、を有する
   ことを特徴とする電動モータ。
2. 前記フランジ部は、前記円板部の中心を軸とする円環形状を有して前記円板部から前記ブラシ側に起立して形成され、
   前記仕切部材には、複数の前記フランジ部が同心円状に備えられることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記ブラシは、前記ヨークの一端側に固定されるブラケットに保持され、
   前記永久磁石は、前記ヨークの内周面形状に沿う外面形状を有する磁石ホルダに保持されて前記ヨーク内に固定され、
   前記仕切部材は、前記磁石ホルダと前記ブラケットとで挟持されて固定され、ブラシから発生する摩耗粉が前記永久磁石側に飛散して前記ヨークの内周に付着することを防止することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動モータ。
4. 前記仕切部材の径方向外側には、前記円板部の一部が径方向内側に向かって切欠かれた切欠部が形成され、
   前記ブラケットには、前記磁石ホルダ側に突設される突設部が形成され、
   前記仕切部材の前記切欠部と前記ブラケットの前記突設部とが係合して、前記仕切部材が前記ブラケットに対して固定されることを特徴とする請求項３に記載の電動モータ。
5. 前記仕切部材のフランジには、起立が低く形成されたフランジ切欠部が形成され、
   前記フランジ切欠部は、前記ブラシに隣接して形成される
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の電動モータ。

Images